Mechanical properties of elastin hydrogels and its application to biomaterials for spinal ligament repair

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靭帯は，骨と骨とを繋ぎ，関節を形成する線維性結合組織であり，関節の支持安定性と可動性をバランスよく制御するという力学的な役割を担っている．このような靭帯は，骨，筋，腱などとともに運動器を構成し，身体運動を行ううえで受動的ではあるものの極めて重要な機能を発揮している．従って，靭帯に断裂や損傷が生じた場合は，身体運動の能力を著しく低下させる．靭帯の力学的特性に関する先行研究は，膝関節などに存在するコラーゲンを主成分とする前十字靭帯などを対象としたものが多い．一方，脊柱靭帯に分類され，エラスチン含有量の高い項靭帯や黄色靭帯の生体力学的特性を詳細に検討した事例は非常に少なく，特に靭帯破断時の応力やひずみを正確に測定した研究はほぼ存在しない．項靭帯と黄色靭帯は，椎骨や椎間板などとともに脊柱を構成しており，それらの乾燥重量の約80％がエラスチン成分であり，コラーゲンを主成分とする他の靭帯とは生体力学的特性が異なっていると考えられている．皮膚，腱や靭帯などの生体軟組織に含まれるコラーゲンとエラスチンは，代表的な細胞外マトリックスである．これら両成分は，線維性の高分子であり，様々な組織中で支持構造体を形成する材料として，力学的な役割を果たしている．コラーゲンは強靭な線維であり，組織の剛性や破断特性と密接に関連していると推察されている．一方，エラスチンは低剛性，低強度の特徴を有する線維であり，組織の伸展性や弾性を支配する主要素と考えられている．脊柱靭帯の力学的機能はエラスチンの性状に依存し，その老化や損傷治癒過程においても，エラスチン成分の変化が関与していると推測される．従って，損傷靭帯の治療においてもエラスチン材料を有効に利用できる可能性がある．本研究では，脊柱靭帯の一種である黄色靭帯に対して力学試験を実施し，エラスチンが靭帯において果たしている力学的機能についての知見を得ることを試みた．